Слайд 2НУКЛЕОПРОТЕИНЫ
Нуклеопротеины (ДНП и РНП) – сложные белки, небелковым компонентом которых
являются нуклеиновые кислоты (РНК и ДНК).
Нуклеиновые кислоты (от лат. Nucleus
ядро) – это полинуклеотиды, неразветвленные и нерегулярные, исключительно крупные биополимеры; открыты Ф. Мишером в 1868 г.
Слайд 3Нуклеозиды, нуклеотиды,
нуклеиновые кислоты
Нуклеозиды, нуклеотиды, нуклеиновые кислоты – важнейшие универсальные
соединения всех объектов – от вирусов до человека.
1. Нуклеозиды состоят
из азотистого основания и пентозы.
2. Нуклеотиды состоят из азотистого основания, пентозы и остатка фосфорной кислоты.
3. Нуклеиновые кислоты – это полимеры нуклеотидов (т.е. полинуклеотиды)
Слайд 4Строение, классификация и номенклатура
азотистых оснований
Азотистые основания – это оснÓвные
ароматические гетероциклические соединения, производные пурина и пиримидина.
Пуриновые:
Слайд 6Азотистые основания стабильны, их гидрофобные ядра расположены в одной плоскости
– это существенно для формирования особой вторичной структуры нуклеиновых кислот
в виде двойной спирали.
К важнейшим свободным азотистым основаниям относятся: продукт метаболизма пуринов мочевая кислота (2,6,8-триоксопурин), психостимулятор кофеин (1,3,7-триметил-2,6-диоксопурин), содержащийся в чае и кофе и др.
Слайд 7
1. Нуклеозиды – соединения пуриновых или пиримидиновых оснований с D-рибозой
или 2-дезокси-D-рибозой , связанные друг с другом через атомы С
и N гликозидной связью.
Необычные природные и химически модифицированные нуклеозиды широко применяются в медицине для лечения различных заболеваний человека.
Слайд 8
2. Нуклеотиды – фосфорные эфиры нуклеозидов обычно по 3'- и
5'-ОН группам остатка моносахарида.
В живых организмах встречаются моно-, ди,
три- фосфопроизводные нуклеозидов.
Пуриновые и пиримидиновые нуклеотиды представлены в виде рибонуклеотидов и дезоксирибонуклеотидов.
Слайд 11Биологическая роль нуклеотидов:
1) являются универсальными источниками энергии в клетке (АТФ,
ГТФ);
2) являются активаторами и переносчиками мономеров в клетке (например, УДФ-глюкоза,
ЦДФ-холин);
3) являются аллостерическими регуляторами активности ферментов;
Слайд 12
4) входят в состав коферментов (НАД+, НАДФ+, ФАД, КоА- SH);
5)
циклические мононуклеотиды (цАМФ, цГМФ) являются вторичными посредниками действия гормонов и
других сигналов на клетку;
6) являются мономерами в составе нуклеиновых кислот.
Слайд 132',3'-АМФ, образуется в качестве промежуточного продукта распада РНК; 3',5'-АМФ (цАМФ)
является естественно встречающимся рибонуклеотидом.
Циклический 2',3'-АМФ Циклический 3',5'-АМФ
Слайд 14Строение ДНК
ДНК преимущественно сосредоточена в ядре, митохондриях и хлоропластах.
В ДНК
входят 4 типа азотистых оснований: А, Т, Г, Ц
и дезоксирибоза.
Связь между нуклеотидами 3´-5´-фосфодиэфирная. Связь образуется между 3´-ОН-группой остатка дезоксирибозы одного нуклеотида и 5´-остатком фосфорной кислоты другого.
У молекулы есть 3´-конец и 5´-конец.
Слайд 15
Первичная структура ДНК –
это последовательность нуклеотидов в одной полинуклеотидной
цепи.
Слайд 17Установлена первичная структура ДНК человека (~ 27000 генов, длина около
2 м), мыши, риса, дрожжевых клеток, несколько десятков бактерий, большинства
вирусов.
Теоретическое количество первичных структур ДНК бактерии, у которой она состоит из 1 млн остатков нуклеотидов – 4¹⁰⁰⁰⁰⁰⁰.
Для эукариотических организмов возможное биоразнообразие ДНК – 4¹⁰⁰⁰⁰⁰⁰⁰⁰⁰⁰ вариантов.
Объем информации ДНК человека, если его записать 10 размером шрифта, составил бы 1 млн страниц книги формата А5.
Слайд 18
Вторичная структура ДНК представлена двойной спиралью.
(Д. Уотсон, Ф. Крик,
1953 г.)
Слайд 19Две полинуклеотидные цепи расположены антипараллельно, связаны комплементарными взаимодействиями (водородными связями)
между азотистыми основаниями.
Между А и Т (или У) – 2
водородные связи, между Г и Ц – 3 водородные связи.
Комплементарные взаимодействия могут возникать между ДНК и ДНК, ДНК и РНК, РНК и РНК.
Слайд 20Вторичная структура ДНК.
Комплементарное взаимодействие азотистых оснований.
Слайд 21Поверхность двойной спирали имеет две спиральные бороздки – большую и
малую.
Белки связываются с ДНК в области большой бороздки, куда
выступают азотистые основания.
Денатурация (плавление) ДНК – процесс расхождения нитей и формирования одноцепочечных молекул. Происходит при повышении температуры (≈70°С), при репликации и транскрипции (в отдельных участках).
При постепенном снижении температуры наблюдается ренатурация.
Слайд 22
Первичные структуры каждой из двух полинуклеотидных цепей не идентичны, а
комплементарны и весьма существенно отличаются друг от друга по первичной
структуре.
Спираль может быть право- и левозакрученной.
Азотистые основания локализованы внутри спирали, сахарофосфатный остов снаружи, на поверхности спирали локализованы отрицательные заряды.
Слайд 23
Выделяют несколько форм вторичных структур ДНК.
Разные формы могут
переходить друг в друга.
Основные формы ДНК обозначают латинскими буквами A,
B, C, D, T, Z.
Существуют как природные, так и искусственные формы нуклеиновых кислот.
В-форма ДНК доминирует в клетках эукариотов и прокариотов.
Схема строения А- (I) и В-форм (II) ДНК
а – вид сверху; б – вид сбоку.
Слайд 24А-, В- и Z-формы ДНК
А-форма
В-форма
Z-форма
Слайд 25
Строение ДНК характеризуется правилами, установленными Э. Чаргаффом (1949 г.).
1.
Молярная доля [А + Г] = молярной доле [Т
+ Ц] или [А + Г]/[Т + Ц] = 1.
2. Количество [А + Ц] = [Г + Т] или [А + Ц]/[Г + Т] = 1.
3. [А] = [Т] или [А]/[Т] = 1.
4. [Г] = [Ц] или [Г]/[Ц] = 1.
Слайд 26
5. [Г + Ц]/ [А + Т] – коэффициент специфичности:
для высших животных и высших растений отношение от 0,54
до 0,94, < 1 (АТ-тип), для микроорганизмов – от 0,4 до 2,5, чаще > 1 (ГЦ-тип).
Правила применимы только для двуцепочечных молекул ДНК всех организмов.
Слайд 27Третичная структура ДНК — формируется только в связи с белками
(гистонами) и служит для компактной упаковки ДНК в ядре.
Функции
ДНК
Хранение, воспроизводство и передача по наследству генетического материала, экспрессия генов.
Слайд 28Строение РНК
Впервые структуру РНК (ала тРНК) установил Р. Харли с
сотр., 1965 г.
В РНК входят 4 типа азотистых оснований:
А, У, Г, Ц и рибоза.
Связь между нуклеотидами 3´-5´-фосфодиэфирная. Связь образуется между 3´-ОН-группой остатка рибозы одного нуклеотида и 5´-остатком фосфорной кислоты другого.
У молекулы есть 3´-конец и 5´-конец.
Как правило состоит из одной цепи.
Слайд 29На долю РНК приходится ~ 5–10 % от общей массы
клетки.
В некоторых вирусах РНК – носитель генетической информации вместо
ДНК.
Современная классификация различает три главных вида РНК:
матричную – мРНК, 2–3 % от всей РНК;
рибосомную – рРНК, 80–85 %;
транспортную – тРНК, около 16 %.
Слайд 30
Особенности структуры мРНК
1) На 5'-конце – КЭП (шапочка) –
определенная последовательность нуклеотидов (7-метилгуанозинтрифосфат и 2'-О-метилпуриновый нуклеотид).
2) На 3'-конце большинства
мРНК – поли-А (50-400 А-нуклеотидов).
мРНК различаются по массе, структуре, размерам (от сотен оснований до сотен тысяч), стабильности.
Время жизни мРНК у эукариотов от нескольких дней до недель.
Функция мРНК – перенос информации от ДНК на белоксинтезирующую систему клетки.
Слайд 31Особенности структуры рРНК
1) Большая часть структуры рРНК – это
биспиральные участки.
2) У эукариотов синтезируются кодируемые 5S рРНК
и 45S рРНК, последняя гидролизуется на три фрагмента – 28S рРНК, 18S рРНК и 5,8S рРНК.
3) рРНК – рибозим (С. Олтмен, Т. Чек, 1989 г.).
4) В комплексе с белком образует рибосому.
Функции рРНК – аутокаталитическе
созревание, обеспечение рибосомного биосинтеза белков.
Слайд 32Особенности структуры тРНК
1) Самые маленькие из НК.
2) В
организмах – не менее 20 различных тРНК, больше кодируемых аминокислот,
меньше числа кодонов.
3) 60 % нуклеотидов – гуанин и цитозин.
4) 60 % нуклеотидов спарены и образуют шпильки и петли.
Слайд 33
5) 5'-концом всегда является гуаниловая (редко цитидиловая) кислота со
свободным остатком фосфата у С-5‘.
6) На противоположном конце
– ЦЦА, к которому присоединяется активированная аминокислота с образованием аминоацил-тРНК.
Функции тРНК – связывание аминокислоты, закодированной в структуре антикодона тРНК, доставка ее к месту синтеза.